DE3515013C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft einen Festkörper-Bildsensor, in dem sta­ tische Induktionstransistoren (nachfolgend SIT genannt) als Bildelemente verwendet werden.The invention relates to a solid-state image sensor in which sta table induction transistors (hereinafter referred to as SIT) as Image elements are used.

Für herkömmliche Festkörper-Bildsensoren zur Verwendung in Video-Kameras, Faksimilegeräten etc. wurden Ladungs-Übertra­ gungseinrichtungen wie BBD (Bucket Brigade Device; Eimerketten­ schaltung), CCD (Charge Coupled Device) oder MOS-Transistoren vorgeschlagen. Diese Festkörper-Bildsensoren haben aber ver­ schiedene Nachteile, wie beispielsweise das Auslecken von La­ dungen bei der Ladungsübertragung sowie eine geringe Licht­ empfindlichkeit.For conventional solid-state image sensors for use in Video cameras, facsimile machines, etc. have been charge transfers facilities such as BBD (Bucket Brigade Device; bucket chains circuit), CCD (Charge Coupled Device) or MOS transistors suggested. These solid-state image sensors have ver various disadvantages, such as the leakage of La charge transfer and low light sensitivity.

Zur Vermeidung dieser Nachteile sind kürzlich sogenannte SIT für Festkörper-Bildsensoren vorgeschlagen worden. Der SIT ist eine Art Phototransistor, der sowohl eine photoelektrische Um­ wandlung als auch eine photoelektrische Ladungsspeicherung er­ möglicht. Er hat verschiedene Vorteile, wie eine hohe Eingangs­ impedanz, hohe Ansprechgeschwindigkeit, fehlende Sättigung, ge­ ringes Rauschen sowie einen geringen Leistungsverbrauch etc. im Vergleich zu Feldeffekttransistoren oder Sperrschicht-Transi­ storen. Ein unter Verwendung von SIT aufgebauter Festkörper- Bildsensor hat deshalb eine hohe Empfindlichkeit, eine hohe An­ sprechgeschwindigkeit und einen weiten dynamischen Bereich. To avoid these disadvantages, so-called SIT have recently been used for solid-state image sensors have been proposed. The SIT is a kind of phototransistor, which is both a photoelectric order conversion as well as a photoelectric charge storage possible. It has several advantages, such as a high input impedance, high response speed, lack of saturation, ge low noise and low power consumption etc. in Comparison to field effect transistors or junction transistors to disturb. A solid state built using SIT Image sensor therefore has a high sensitivity, a high on speech speed and a wide dynamic range.  

Ein derartiger Festkörper-Bildsensor ist in der Japanischen Patentanmeldung 105, 672/83 beschrieben.Such a solid-state image sensor is in Japanese Patent application 105, 672/83 described.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Bildelement eines bekann­ ten Festkörper-Bildsensors (US-PS 44 27 990). Der SIT 1 weist eine sogenannte "Vertikal-Anordnung" auf, bei der der Drain-Be­ reich durch ein n⁺-Substrat 2 und ein Source-Bereich durch einen n⁺-Bereich 4 in einer n--Epitaxieschicht 3 gebildet sind, welche auf dem n⁺-Substrat 2 gewachsen ist und den Kanalbereich bildet. In der Epitaxieschicht 3 ist weiterhin ein p⁺-Gate-Be­ reich 5 zur Signalspeicherung vorgesehen, welcher den n⁺-Source- Bereich 4 umgibt, während auf dem Gate-Bereich 5 über einem isolierenden Film 6 die Elektrode 7 angebracht ist. Auf diese Weise wird eine Gate-Elektrode mit einer sogenannten MIS-Struk­ tur gebildet, d. h. eine Anordnung aus Metallelektrode/isolieren­ dem Film/Halbleiter-Gate-Bereich. Die Verunreinigungskonzentra­ tion in der n--Epitaxieschicht 3, welche den Kanalbereich bil­ det, ist so niedrig angesetzt, daß der Kanalbereich auch dann verarmt ist, wenn die an die Gate-Elektrode 7 angelegte Vorspan­ nung null Volt beträgt, so daß eine Abschnürspannung mit einer hohen Potentialbarriere erhalten wird. Fig. 1 shows a section through a picture element of a known solid-state image sensor (US-PS 44 27 990). The SIT 1 has a so-called "vertical arrangement", in which the drain region is formed by an n + substrate 2 and a source region by an n + region 4 in an n - epitaxial layer 3 , which has grown on the n⁺ substrate 2 and forms the channel region. In the epitaxial layer 3 , a p⁺ gate region 5 is also provided for signal storage, which surrounds the n⁺ source region 4 , while the electrode 7 is attached to the gate region 5 via an insulating film 6 . In this way, a gate electrode with a so-called MIS structure is formed, ie an arrangement of metal electrode / isolate the film / semiconductor gate region. The impurity concentration in the n - epitaxial layer 3 , which forms the channel region, is set so low that the channel region is depleted even when the bias voltage applied to the gate electrode 7 is zero volts, so that a pinch-off voltage is present a high potential barrier is obtained.

Nachfolgend wird der Betrieb des SIT 1 erläutert. Fällt Licht auf den Kanalbereich 3 und den Gate-Bereich 5, ohne daß eine Vorspannung zwischen Drain und Source gelegt ist, so werden Löcher von Elektronen-Loch-Paaren induziert und im Gate-Bereich 5 gespeichert, während Elektronen vom Drain-Bereich 2 zum Masseanschluß abgeführt werden. Die entsprechend dem einfallen­ den Licht im Gate-Bereich 5 gespeicherten Löcher erhöhen das Potential des Gate-Bereiches 5 und erniedrigen entsprechend der Intensität des einfallenden Lichtes die Potentialbarriere des Kanalbereiches 3. Ist zwischen Drain und Source eine Vorspan­ nung gelegt und ebenfalls eine Vorspannung in Durchlaßrichtung an die Gate-Elektrode 7, so fließt ein Strom zwischen Drain und Source entsprechend der Menge von im Gate-Bereich gespeicherten Löchern, so daß ein Ausgangssignal erhalten werden kann, das entsprechend der Intensität des einfallenden Lichtes verstärkt ist. Der Licht-Verstärkungsfaktor S ergibt sich aus der Glei­ chungThe operation of SIT 1 is explained below. If light falls on the channel region 3 and the gate region 5 without a bias voltage being applied between the drain and source, holes are induced by electron-hole pairs and stored in the gate region 5 , while electrons from the drain region 2 to Ground connection are dissipated. The holes stored in the gate region 5 in accordance with the incident light increase the potential of the gate region 5 and lower the potential barrier of the channel region 3 in accordance with the intensity of the incident light. If a bias voltage is placed between the drain and source and also a forward bias to the gate electrode 7 , a current flows between the drain and source in accordance with the amount of holes stored in the gate region, so that an output signal can be obtained that is amplified according to the intensity of the incident light. The light amplification factor S results from the equation

wobei 2 a der Innendurchmesser des ringförmigen Gate-Bereiches 5, l₁ die Tiefe des Gate-Bereiches 5 und l₂ der Abstand zwischen den Gate- und Drain-Bereichen sind. Bei dem gezeigten SIT 1 be­ trägt der Licht-Verstärkungsfaktor S normalerweise 10³ und ist somit um eine Größenordnung besser als bei bipolaren Transisto­ ren. Wie sich aus der vorstehenden Gleichung ergibt, ist es zur Erzielung großer Verstärkungsfaktoren erforderlich, den Abstand 2 a klein, die Tiefe der Epitaxieschicht 3 und des Gate-Berei­ ches 5 groß zu machen. Um beispielsweise einen Verstärkungsfak­ tor S von 10³ bis 10⁴ zu erhalten, müssen folgende Werte einge­ halten werden: l₁=2 bis 3 µm und l₂=5 bis 6 µm.where 2 a the inner diameter of the annular gate region 5 , l ₁ the depth of the gate region 5 and l ₂ are the distance between the gate and drain regions. In the SIT 1 shown, the light amplification factor S is normally 10 3 and is therefore an order of magnitude better than with bipolar transistors. As can be seen from the above equation, it is necessary to achieve large amplification factors, the distance 2 a small, the To make the depth of the epitaxial layer 3 and the gate region 5 large. For example, to obtain a gain factor S of 10³ to 10⁴, the following values must be adhered to: l ₁ = 2 to 3 µm and l ₂ = 5 to 6 µm.

Bei dem vorstehend beschriebenen Festkörper-Bildsensor ist es erforderlich, einen Isolationsbereich 8 zwischen benachbarten SITs anzuordnen, so daß die in den einzelnen SIT induzierten Signal-Ladungen isoliert sind. Diese Isolierung wird durch ge­ wöhnliche Isolationsverfahren, wie Auftragung eines Oxid-Fil­ mes, Diffusion oder auch V-förmige Ausnehmungen erreicht. Im gezeigten Beispiel erstreckt sich der Isolationsbereich 8 von der Oberfläche der Epitaxieschicht 3 bis zum Substrat 2, so daß sich bei einer starken Epitaxieschicht 3 Schwierigkeiten bei der Ausformung des Isolationsbereiches 8 ergeben. Da es weiter­ hin zu Erzielung großer Verstärkungsfaktoren S erforderlich ist, den Gate-Bereich 5 stark zu machen, scheiden Diffusions­ verfahren aus. Wird weiterhin der Gate-Bereich 5 relativ stark ausgeformt, so entsteht eine unerwünschte spektrale Empfind­ lichkeit aufgrund von Licht-Absorption im Gate-Bereich 5. Des­ halb ist bei dem bekannten SIT die Empfindlichkeit durch den gegebenen Aufbau eingeschränkt. In the solid-state image sensor described above, it is necessary to arrange an isolation region 8 between adjacent SITs, so that the signal charges induced in the individual SIT are isolated. This insulation is achieved by ordinary insulation processes, such as application of an oxide film, diffusion or V-shaped recesses. In the example shown, the insulation region 8 extends from the surface of the epitaxial layer 3 to the substrate 2 , so that difficulties arise in the formation of the insulation region 8 in the case of a strong epitaxial layer 3 . Since it is also necessary to make the gate region 5 strong in order to achieve large amplification factors S , diffusion methods are ruled out. If the gate region 5 is also formed relatively strongly, an undesirable spectral sensitivity arises due to light absorption in the gate region 5 . For this reason, the sensitivity of the known SIT is restricted by the given structure.

Soll eine sogenannte "Selbst-Justierung" bei der Integration de Source-Gate-Anordnung durchgeführt werden, ist es erforder­ lich, den Source-Bereich 4 bei der Bildung des Gate-Bereiches 5 mit einer Maske abzudecken. Dieser Vorgang ist beim Stand der Technik aufwendig und teuer. Ist andererseits die Source-Gate- Anordnung integriert, so ist die Durchbruchspannung zwischen Source und Drain relativ niedrig, so daß Leck-Ströme auftreten können.If a so-called "self-adjustment" is to be carried out during the integration of the source-gate arrangement, it is necessary to cover the source region 4 with a mask when forming the gate region 5 . This process is complex and expensive in the prior art. On the other hand, if the source-gate arrangement is integrated, the breakdown voltage between source and drain is relatively low, so that leakage currents can occur.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die vorstehenden Nach­ teile zu überwinden und einen Festkörper-Bildsensor zu schaf­ fen, welcher leicht integriert werden kann, eine hohe Empfind­ lichkeit aufweist und dabei kostengünstig herstellbar ist.The invention has as its object the above parts to overcome and to create a solid-state image sensor fen, which can be easily integrated, a high sensitivity has ability and is inexpensive to manufacture.

Ein diese Aufgabe lösender Festkörper-Bildsensor ist mit seinen Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.A solid-state image sensor that solves this problem is with its Refinements characterized in the claims.

Da erfindungsgemäß die SIT der einzelnen Bildelemente eine MOS- Gate-Konstruktion aufweisen, ohne daß eine Gate-Diffusions­ schicht vorgesehen ist, kann ein sogenanntes "Selbst-Justie­ rungsverfahren" zur Integration der Source-Drain-Anordnung mit­ tels weniger Masken durchgeführt werden. Da dieses Verfahren vorteilhaft bei der Bildung peripherer Schaltungsanordnungen eingesetzt wird, läßt sich ein Festkörper-Bildsensor mit hoher Integrationsdichte kostengünstig herstellen. Da die Gate-Elek­ trode relativ dünn ausgestaltet sein kann, hat der Festkörper- Bildsensor eine hohe Empfindlichkeit im gesamten Bereich von langen bis zu kurzen Wellenlängen. Auch läßt sich bei dem er­ findungsgemäßen Festkörper-Bildsensor die Rücksetzung der ge­ speicherten Licht-Ladungsträger einfacher und sicherer als bei Bildsensoren mit Gate-Diffusionsschicht durchführen. Auch kann die Durchbruchspannung zwischen Gate und Source relativ groß gemacht werden. Auch die Schwankungen der charakteristischen Daten der einzelnen Bildelemente können relativ gering gehalten werden. Since, according to the invention, the SIT of the individual picture elements is a MOS Have gate construction without any gate diffusion layer is provided, a so-called "self-adjustment rungsverfahren "for integrating the source-drain arrangement with with fewer masks. Because this procedure advantageous in the formation of peripheral circuit arrangements is used, a solid-state image sensor with high Manufacturing integration density inexpensively. Since the gate elec trode can be made relatively thin, the solid state Image sensor has a high sensitivity in the entire range of long to short wavelengths. Also with which he inventive solid-state image sensor the reset of the ge stored light charge carriers more easily and securely than with Carry out image sensors with a gate diffusion layer. Can too the breakdown voltage between gate and source is relatively large be made. Even the fluctuations in the characteristic Data of the individual picture elements can be kept relatively low will.  

Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Festkörper-Bild­ sensors sind anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt bzw. zeigenEmbodiments of a solid-state image according to the invention sensors are explained in more detail using a drawing. It shows or show

Fig. 2A-2C schematische Darstellungen eines ersten Ausführungs­ beispieles eines SIT-Bildelementes eines Festkörper- Bildsensors; Fig. 2A-2C are schematic illustrations of a first execution example of a pixel of a solid-state SIT image sensor;

Fig. 3A-3D und Fig. 4A-4D schematische Erläuterungen des Be­ triebes des in den Fig. 2A-2C gezeigten SIT-Bildelemen­ tes; . Figs. 3A-3D and 4A-4D, schematic illustrations of the loading drive of the SIT-Bildelemen shown in Figures 2A-2C tes.

Fig. 5A und 5B schematische Darstellungen der Schaltung des Festkörper-Bildsensors; Fig. 5A and 5B are schematic representations of the circuit of the solid-state image sensor;

Fig. 6A-6F Pulsformen der vertikalen und horizontalen Abtast­ signale; FIG. 6A-6F signals pulse shapes of the vertical and horizontal scanning;

Fig. 7A-7H schematische Darstellungen des Verfahrens zum Her­ stellen des in Fig. 5A gezeigten Festkörper-Bildsensors; FIGS. 7A-7H are schematic illustrations of the process provide for the Her in Fig solid-state image sensor shown. 5A;

Fig. 8A-8C schematische Darstellungen eines zweiten Ausfüh­ rungsbeispieles eines SIT-Bildelementes für einen Fest­ körper-Bildsensor; FIG. 8A-8C are schematic representations of a second example of an exporting approximately SIT image element for a solid-state image sensor;

Fig. 9A-9D und Fig. 10A-10D schematische Darstellungen des Be­ triebes des in den Fig. 8A-8C gezeigten SIT; und . Figs. 9A-9D and 10A-10D are schematic representations of the loading drive of the SIT shown in Figures 8A-8C. and

Fig. 11A-11J schematische Ansichten des Verfahrens zum Herstel­ len des in den Fig. 8A-8C gezeigten Festkörper-Bildsen­ sors. FIG. 11A-11J are schematic views of the method for herstel len of the solid-Bildsen sors shown in FIGS. 8A-8C.

Die Fig. 2A und 2B sind eine Draufsicht bzw. ein Schnitt eines ersten Ausführungsbeispieles eines SIT, welcher ein Bildelement eines Festkörper-Bildsensors bildet. Bei diesem Ausführungsbei­ spiel weist der SIT 11 ein n--Halbleitersubstrat 12, eine kreisförmige n⁺-Source-Diffusionsschicht 13, welche in der Oberfläche des Substrates 12 ausgebildet ist, eine Source-Elek­ trode 14, welche in der Source-Diffusionsschicht 13 angeordnet ist, eine MOS-Gate-Anordnung, welche aus einem das Gate isolie­ renden Film 15 besteht, der auf der Oberfläche des Substrates 12 angeordnet ist und die Source-Diffusionsschicht 13 umgibt, und eine ringförmige Gate-Elektrode 16 auf, welche auf dem das Gate isolierenden Film 15 angeordnet ist und aus Polysilikon, SnO₂, ITO oder dergleichen besteht. Eine n⁺-Drain-Diffusions­ schicht 17 ist auf der Rückseite des Substrates 12 angebracht. Die Gate-Elektrode 16 ist durch eine isolierende Schicht 18 ab­ gedeckt. Die das Gate isolierende Schicht 15 ist gleichmäßig auf der Oberfläche des Substrates 12 verteilt, außer in dem Ab­ schnitt, welcher der Source-Diffusionsschicht 13 des SIT 11 entspricht. Weiterhin ist eine n⁺-Diffusionsschicht 19 zwischen benachbarten SIT 11 angeordnet, so daß die einzelnen SIT 11 elektrisch und optisch isoliert sind. Figs. 2A and 2B are a plan view and a cross-sectional forms of a solid-state image sensor of a first embodiment of a SIT, which is a pixel. In this exemplary embodiment, the SIT 11 has an n - semiconductor substrate 12 , a circular n + source diffusion layer 13 which is formed in the surface of the substrate 12 , a source electrode 14 which is arranged in the source diffusion layer 13 is, a MOS gate arrangement, which consists of a gate insulating film 15 , which is arranged on the surface of the substrate 12 and surrounds the source diffusion layer 13 , and an annular gate electrode 16 , which on the Gate insulating film 15 is arranged and made of polysilicon, SnO₂, ITO or the like. An n⁺-drain diffusion layer 17 is attached to the back of the substrate 12 . The gate electrode 16 is covered by an insulating layer 18 . The gate insulating layer 15 is evenly distributed on the surface of the substrate 12 except in the portion corresponding to the source diffusion layer 13 of the SIT 11 . Furthermore, an n⁺ diffusion layer 19 is arranged between adjacent SIT 11 , so that the individual SIT 11 are electrically and optically isolated.

Bei einem SIT 11 mit der in den Fig. 2A und 2B gezeigten MOS- Struktur (nachfolgend MOSSIT genannt) ist die Konzentration des Substrates 12 (n-) vorzugsweise geringer als 10¹³ cm-3, während die Tiefen x j der Source-Diffusionsschicht 13 und der Diffu­ sionsschicht 19 zur Isolation etwa gleiche Werte annehmen, vor­ zugsweise weniger als 0,2 µm. Der Durchmesser Φ₁ der Source- Diffusionsschicht 13 ist kleiner als 1,0 µm, während der Außen­ durchmesser Φ₂ der Gate-Elektrode 16 eine Stärke von 2,0 bis 6,0 µm aufweist und die Stärke der das Gate isolierenden Schicht 15 Werte zwischen 200 und 1000 Å (0,02 bis 0,1 µm) an­ nimmt.In a SIT 11 with the MOS structure shown in FIGS . 2A and 2B (hereinafter referred to as MOSSIT), the concentration of the substrate 12 (n - ) is preferably less than 10 13 cm -3 , while the depths x j of the source diffusion layer 13 and the diffusion layer 19 for insulation assume approximately the same values, preferably less than 0.2 μm. The diameter Φ ₁ of the source diffusion layer 13 is less than 1.0 microns, while the outer diameter Φ ₂ of the gate electrode 16 has a thickness of 2.0 to 6.0 microns and the thickness of the gate insulating layer 15 values between 200 and 1000 Å (0.02 to 0.1 µm).

Fig. 2C zeigt ein Ersatzschaltbild des MOSSIT 11, wobei eine Gate-Spannung V G über den Gate-Anschluß 21 an die Gate-Elektro­ de 16, eine Source-Spannung V S über den Source-Anschluß 22 an die Source-Elektrode 14, eine Drain-Spannung V D an den Drain- Anschluß 23, welcher weiterhin mit der Drain-Diffusionsschicht 17 verbunden ist, und eine Isolationsspannung V ISO an den Isolationsanschluß 24, welcher weiterhin mit der Diffusions­ schicht 19 zur Isolation verbunden ist, angelegt sind. Fig. 2C shows an equivalent circuit diagram of the MOSSIT 11, wherein a gate voltage V G on the gate terminal 21 to the gate electrode of de 16, a source voltage V S via the source terminal 22 to the source electrode 14, a drain voltage V D to the drain terminal 23 , which is further connected to the drain diffusion layer 17 , and an insulation voltage V ISO to the insulation terminal 24 , which is further connected to the diffusion layer 19 for insulation, are applied.

Anhand der Fig. 3A-3D und 4A-4D soll der Betrieb des MOSSIT 11 erläutert werden. Die Fig. 3A-3D illustrieren Pulsformen der Isolationsspannung V ISO, der Gate-Spannung V G, der Drain-Span­ nung V D und der Source-Spannung V S, wobei auf der horizontalen Achse die Zeit und auf der vertikalen Achse die Spannung ange­ geben ist. Die Licht-Empfangsperiode des MOSSIT 11 setzt sich aus der Speicherzeitspanne T₁, der Auslese-Zeitspanne T₂ und der Rücksetz-Zeitspanne T₃ zusammen, während der die Isola­ tionsspannung V ISO und die Drain-Spannung V D auf dem konstanten Wert V D 2 (<0) gehalten sind. Während der Speicher-Zeitspanne T₁ wird die Gate-Spannung V G auf einem Speicher-Gate-Potential V G 1 (<0) und die Source-Spannung V S auf einem Wert V S 2(=V D 2) gehalten, welcher der Drain-Spannung V D entspricht. Während der Auslese-Zeitspanne T₂ wird die Gate-Spannung V G auf der Gate-Auslesespannung V G 2 (V G 1<V G 2<0) gehalten, während die Source-Spannung V S auf dem Massepotential V S 1(<V S 2) gehalten wird. Während der Rücksetz-Zeitspanne T₃ wird die Gate-Spannung V G auf der Rücksetz-Gate-Spannung V G 3(<0) gehalten und die Source-Spannung V S nimmt das Massepotential V S 1 an.The operation of the MOSSIT 11 will be explained with reference to FIGS . 3A-3D and 4A-4D. FIGS. 3A-3D illustrate pulse shapes of the insulation voltage V ISO, the gate voltage V G, the drain voltage-V D and source voltage V S, where on the horizontal axis represents time and the vertical axis is the voltage give is. The light reception period of the MOSSIT 11 is composed of the storage period T ₁, the readout period T ₂ and the reset period T ₃, during which the insulation voltage V ISO and the drain voltage V D are at the constant value V D 2 (<0) are kept. During the storage period T ₁, the gate voltage V G is kept at a storage gate potential V G 1 (<0) and the source voltage V S at a value V S 2 (= V D 2 ), which corresponds to the drain voltage V D. During the readout period T ₂ is held the gate voltage V G on the gate read voltage V G 2 (V G 1 <V G2 <0), while the source voltage V S at the ground potential V S 1 (< V S 2 ) is held. During the reset period T ₃, the gate voltage V G is held at the reset gate voltage V G 3 (<0) and the source voltage V S assumes the ground potential V S 1 .

Gemäß Fig. 4A erstreckt sich unmittelbar nach einer Rücksetzung die Verarmungsschicht 31 von der Grenzfläche zwischen der das Gate isolierenden Schicht 15 und dem Substrat 12 in das Sub­ strat hinein. Diese Ausdehnung der Verarmungsschicht 31 wird aufrechterhalten, bis die Auslese-Zeitspanne T₂ beginnt, wenn kein Licht auf die Gate-Elektrode 16 fällt. Fällt aber Licht auf die Gate-Elektrode 16, so werden Elektronen-Loch-Paare in der Verarmungsschicht 31 erzeugt. Die derart gebildeten Löcher werden in der Oberfläche des Substrates 12 unmittelbar unter­ halb der das Gate isolierenden Schicht 15 gemäß Fig. 4B gespei­ chert, so daß die Ausdehnung der Verarmungsschicht verringert wird und sich auch die Potentialbarriere bezüglich der Elektro­ nenbewegung in Vertikal-Richtung im Vergleich zu Fig. 4A ver­ ringert (vertikal: senkrecht zur Hauptebene). Referring to FIG. 4A, the depletion layer extends immediately after a reset 31 of the interface between the gate insulating layer 15 strat the and the substrate 12 in the sub inside. This expansion of the depletion layer 31 is maintained until the readout period T 2 begins when no light falls on the gate electrode 16 . However, if light falls on the gate electrode 16 , electron-hole pairs are generated in the depletion layer 31 . The holes thus formed are stored in the surface of the substrate 12 immediately below half of the gate insulating layer 15 as shown in FIG. 4B, so that the expansion of the depletion layer is reduced and the potential barrier with respect to the electron movement in the vertical direction is compared to Fig. 4A reduced (vertical: perpendicular to the main plane).

Wird die Gate-Spannung V G von V G 1 auf V G 2 nach Verstreichen der Speicher-Zeitspanne T₁ erhöht, so verringert sich die Poten­ tialbarriere für die Elektronen weiter, und zwar entsprechend dem Anstieg der Gate-Spannung V G gemäß Fig. 4C, so daß ein ver­ stärkter Signal-Strom zwischen Source und Drain fließt. Für diesen Fall wurde experimentell gefunden, daß der Ausgangsstrom angenähert proportional ist der integrierten Menge an Licht während der Speicher-Zeitspanne T₁.If the gate voltage V G is increased from V G 1 to V G 2 after the storage period T 1 has elapsed, the potential barrier for the electrons further decreases, in accordance with the increase in the gate voltage V G according to FIG. 4C, so that a ver amplified signal current flows between the source and drain. In this case it was found experimentally that the output current is approximately proportional to the integrated amount of light during the storage period T ₁.

Wird die Gate-Spannung V G vom Wert V G 2 auf V G 3 (<V S 1) nach Ver­ streichen der Auslese-Zeitspanne T₂ gesteigert, so werden die in der Oberfläche des Substrates 12 unmittelbar unterhalb der das Gate isolierenden Schicht 15 gespeicherten Löcher 32 über die Source-Diffusionsschicht 13 und die Source-Elektrode 14 ge­ mäß Fig. 4D abgeführt. Wenn danach die Gate-Spannung V G und die Source-Spannung V S die Werte V G 1 bzw. V S 2 nach Verstreichen der Rücksetz-Zeitspanne T₃ annehmen, wird der nächste Licht- Empfangszyklus begonnen. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Be­ wegung der unmittelbar unter der das Gate isolierenden Schicht 15 gespeicherten Löcher 32 in benachbarte Bildelemente deshalb verhindert ist, weil eine Isolationsspannung an die Diffusions­ schicht 19 angelegt ist, wodurch eine hohe Barriere für eine Loch-Bewegung in horizontaler Richtung erzeugt ist.If the gate voltage V G is increased from the value V G 2 to V G 3 (< V S 1 ) after the readout period T ₂ has elapsed, then those in the surface of the substrate 12 immediately below the layer 15 insulating the gate stored holes 32 via the source diffusion layer 13 and the source electrode 14 ge as shown in FIG. 4D. If the gate voltage V G and the source voltage V S thereafter assume the values V G 1 and V S 2 after the reset period T ₃ has elapsed, the next light reception cycle is started. It should be noted that the movement of the holes 32 stored directly beneath the gate insulating layer 15 in adjacent picture elements is prevented because an insulation voltage is applied to the diffusion layer 19 , thereby creating a high barrier to hole movement in horizontal Direction is generated.

Fig. 5A zeigt das Schaltbild eines Festkörper-Bildsensors, bei dem die in den Fig. 2A-2C gezeigten MOSSIT verwendet sind. Fig. 5B ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt des in Fig. 5A ge­ zeigten Festkörper-Bildsensors. Es sind m×n MOSSIT 11-11 bis 11- mn matrixförmig angeordnet und Bild-Signale werden aus den einzelnen Bildelementen nacheinander mittels einer XY-Adressie­ rung ausgelesen, d. h. einem Source-Gate-Auswahlverfahren. Die Gate-Anschlüsse der einzelnen MOSSIT der Zeilen 11-11 bis 11- m 1, . . ., 11-1 n bis 11- mn, welche in X-Richtung mit den zuge­ hörigen Zeilenleitungen 41-1, . . ., 41- m verbunden sind, werden mit vertikalen Abtastsignalen Φ G 1, . . ., Φ Gm gespeist, welche aus der vertikalen Abstastschaltung 42 in die einzelnen Zeilen­ leitungen 41-1, . . ., 41- m eingegeben werden. An die Source-An­ schlüsse der einzelnen MOSSIT der Spalten 11-11 bis 11- m 1, . . ., 11-1 n bis 11-mn, welche in Y-Richtung angeordnet sind und mit den zugehörigen Spaltenleitungen 43-1, . . ., 43-n verbunden sind, sind die einzelnen Spaltenleitungen 43-1, . . ., 43- n ange­ schlossen, welche ihrerseits mit der Erdleitung 47 und über Spalten-Auswahltransistoren 44-1, . . ., 44- n sowie umkehrende Auswahl-Transistoren 45-1, . . ., 45- n mit der Video-Leitung 46 verbunden sind. Horizontale Abtastsignale Φ S 1, . . ., Φ Sn werden an die Gate-Anschlüsse der Spalten-Auswahltransistoren 44-1, . . ., 44- n aus der horizontalen Abtastschaltung 48 angelegt und auch Inversionssignale dieser horizontalen Abtastsignale werden an die Gate-Anschlüsse der Umkehrungs-Auswahltransistoren 45-1, . . ., 45- n angelegt. Weiterhin sind die Drain-Anschlüsse aller MOSSIT 11-11 bis 11- mn der Bildelemente gemeinsam mit der Video-Leitung 46 verbunden und eine Video-Spannung V DD wird über einen Lastwiderstand 49 an die Drain-Anschlüsse angelegt. Die gleiche Spannung (V DD) wird auch an die Diffusionsschichten der Isolationen zwischen benachbarten Bildelementen angelegt. FIG. 5A shows the circuit diagram of a solid-state image sensor in which the MOSSIT shown in FIGS . 2A-2C are used. FIG. 5B is a top view of a portion of the solid-state image sensor shown in FIG. 5A. There are m × n MOSSIT 11-11 to 11- mn arranged in a matrix and image signals are read out from the individual image elements one after the other by means of an XY addressing, ie a source-gate selection method. The gate connections of the individual MOSSIT of lines 11-11 to 11- m 1,. . ., 11-1 n to 11- mn , which in the X direction with the associated row lines 41-1 ,. . ., 41- m are connected with vertical scanning signals Φ G 1 ,. . ., Φ Gm fed, which leads from the vertical scanning circuit 42 into the individual lines 41-1 ,. . ., 41- m can be entered. To the source connections of the individual MOSSIT in columns 11-11 to 11- m 1. . ., 11-1 n to 11 - mn , which are arranged in the Y direction and with the associated column lines 43-1,. . ., 43 - n are connected, the individual column lines 43-1,. . ., 43- n is connected, which in turn with the ground line 47 and via column selection transistors 44-1,. . ., 44- n and inverting selection transistors 45-1,. . ., 45- n are connected to the video line 46 . Horizontal scanning signals Φ S 1 ,. . ., Φ Sn are connected to the gate connections of the column selection transistors 44-1,. . ., 44- n from the horizontal scanning circuit 48 and inversion signals of these horizontal scanning signals are also applied to the gate terminals of the reverse selection transistors 45-1,. . ., 45- n created. Furthermore, the drain connections of all MOSSIT 11-11 to 11- mn of the picture elements are connected together to the video line 46 and a video voltage V DD is applied to the drain connections via a load resistor 49 . The same voltage (V DD ) is also applied to the diffusion layers of the insulation between adjacent picture elements.

Die Fig. 6A-6C zeigen Pulsformen der vertikalen Abtastsignale Φ G 1, Φ G 2 . . ., welche in die Zeilenleitungen 41-1, 41-2, . . . eingegeben werden. Die Fig. 6D-6F zeigen Pulsformen der hori­ zontalen Abtastsignale Φ S 1, Φ S 2, . . ., welche an die Gate-An­ schlüsse der Spalten-Auswahltransistoren 44-1, 44-2, . . . ange­ legt werden. Die vertikalen Abtastsignale Φ G 1, Φ G 2 . . ., welche jeweils durch die Auslese-Gate-Spannung V Φ G mit kleiner Ampli­ tude und die Rücksetz-Spannung V Φ R mit großer Amplitude reprä­ sentiert werden, werden während einer Zeilen-Abtastperiode t H auf den Wert V Φ G gesetzt und während einer Austastperiode bis zum Beginn der nächsten horizontalen Abtastoperation der fol­ genden Zeile auf den Wert V Φ R gesetzt. Die horizontalen Abtast­ signale Φ S 1, Φ S 2, . . . dienen der Auswahl der Spaltenleitungen und werden auf solche Spannungswerte eingestellt, daß durch ein Signal mit geringer Höhe die Spalten-Auswahltransistoren 44-1, 44-2, . . . ausgeschaltet und die Umkehrungs-Auswahltransistoren 45-1, 45-2, . . . leitend werden, während ein Signal höherer Am­ plitude die Spalten-Auswahltransistoren 44-1, 44-2, . . . leitend und die Umkehrungs-Auswahltransistoren 45-1, 45-2, . . . nicht­ leitend macht. FIGS. 6A-6C show the pulse of the vertical scanning signals Φ G 1, G 2 Φ. . ., which in the row lines 41-1, 41-2,. . . can be entered. FIGS. 6D-6F show the pulse of the hori zontal scanning signals Φ S 1, S 2 Φ. . ., Which is connected to the gate connections of the column selection transistors 44-1, 44-2,. . . be created. The vertical scanning signals Φ G 1 , Φ G 2 . . ., Which are represented by the readout gate voltage V Φ G with a small amplitude and the reset voltage V Φ R with a large amplitude, are set to the value V Φ G during a line scanning period t H and during a blanking period to the beginning of the next horizontal scanning line of the fol lowing to the value Φ R V set. The horizontal scanning signals Φ S 1 , Φ S 2 ,. . . are used to select the column lines and are set to such voltage values that the column selection transistors 44-1 , 44-2,. . . turned off and the reverse selection transistors 45-1 , 45-2,. . . Become conductive, while a signal at higher amplitude, the column selection transistors 44-1 , 44-2 ,. . . conductive and the reverse selection transistors 45-1 , 45-2,. . . does not conduct.

Nachfolgend soll der Betrieb des in den Fig. 5A und 5B gezeig­ ten Festkörper-Bildsensors anhand der in den Fig. 6A-6F gezeig­ ten Pulsformen erläutert werden. Nimmt das Signal Φ G 1 den Aus­ lese-Pegel V Φ G gemäß einem Befehl der vertikalen Abtastschal­ tung 42 an, so wird eine erste MOSSIT-Reihe aus den MOSSIT 11-11 bis 11-1 n ausgewählt, welche mit der Zeilenleitung 41-1 verbunden sind und die Spalten-Auswahltransistoren 44-1 bis 44- n werden nacheinander mittels der Signale Φ S 1 bis Φ Sn durch­ geschaltet, welche von der horizontalen Abtastschaltung 48 ge­ liefert werden, so daß auf der Video-Leitung 46 die Bildsignale aufeinanderfolgender MOSSIT 11-11, 11-12, . . ., 11-1 n ausgelesen werden. Sodann wird die MOSSIT-Reihe aus den MOSSIT 11-11 bis 11-1 n mittels der Signale Φ S 1 bis Φ Sn hohen Pegels rückgesetzt, welche gleichzeitig erzeugt werden, wenn das Signal Φ G 1 den hohen Pegel V Φ R annimmt. Nimmt das Signal Φ G 2 den Auslese-Pegel V Φ G an, so wird eine zweite MOSSIT-Reihe aus den MOSSIT 11-21 bis 11-2 n ausgewählt, welche mit der Zeilenleitung 41-2 verbun­ den sind. Sodann werden die Bildsignale der MOSSIT 11-21, 11-22, . . ., 11-2 n nacheinander ausgelesen und alle MOSSIT 11-21 bis 11-2 n werden gleichzeitig rückgesetzt. Danach werden darauffol­ gende Bildsignale in gleicher Weise wie oben beschrieben ausge­ lesen, um die Video-Signale für eine Feldabtastung zu erhalten.The operation of the solid-state image sensor shown in FIGS . 5A and 5B will be explained below with reference to the pulse shapes shown in FIGS . 6A-6F. If the signal Φ G 1 assumes the read-out level V Φ G according to a command from the vertical scanning circuit 42 , a first MOSSIT row is selected from the MOSSIT 11-11 to 11-1 n , which is connected to the row line 41- 1 are connected and the column selection transistors 44-1 to 44- n are switched in succession by means of the signals Φ S 1 to Φ Sn , which are supplied by the horizontal scanning circuit 48 , so that on the video line 46 the image signals are consecutive MOSSIT 11-11 , 11-12 ,. . ., 11-1 n can be read out. Then the MOSSIT series from the MOSSIT 11-11 to 11-1 n is reset by means of the signals Φ S 1 to Φ Sn high level, which are generated simultaneously when the signal Φ G 1 assumes the high level V Φ R. If the signal Φ G 2 assumes the read-out level V Φ G , a second MOSSIT row is selected from the MOSSIT 11-21 to 11-2 n , which are connected to the row line 41-2. Then the image signals of the MOSSIT 11-21 , 11-22 ,. . ., 11-2 n are read out one after the other and all MOSSIT 11-21 to 11-2 n are reset at the same time. Thereafter, subsequent image signals are read out in the same manner as described above to obtain the video signals for a field scan.

Bei dem vorstehend beschriebenen Festkörper-Bildsensor sind die Source und Drain eines nicht ausgewählten SIT mittels der Um­ kehrungs-Auswahltransistoren 45-1 bis 45- n gegenseitig verbun­ den, so daß kein Signal durch die nicht ausgewählten MOSSIT er­ zeugt wird. In the solid-state image sensor described above, the source and drain of an unselected SIT are mutually connected by means of the reverse selection transistors 45-1 to 45- n so that no signal is generated by the unselected MOSSIT.

Bei dem in Fig. 5A gezeigten Festkörper-Bildsensor sind die MOSSIT 11-11 bis 11- mn sowie periphere Schaltkreise, wie die vertikale Abtastschaltung 42, die Spalten-Auswahltransistoren 44-1 bis 44- n, die Umkehrungs-Auswahltransistoren 45-1 bis 45- n und die horizontale Abtastschaltung 48 auf dem gleichen Sub­ strat ausgebildet.In the solid-state image sensor shown in Fig. 5A, the MOSSIT 11-11 to 11- mn and peripheral circuits such as the vertical scanning circuit 42 , the column selection transistors 44-1 to 44- n , the reverse selection transistors 45-1 to 45- n and the horizontal scanning circuit 48 formed on the same sub strat.

Nachfolgend werden die Schritte zur Herstellung eines derarti­ gen Bildsensors sowie der peripheren Schaltkreise anhand der Fig. 7A-7H erläutert.The steps for producing such an image sensor and the peripheral circuits are explained below with reference to FIGS . 7A-7H.

Zunächst wird gemäß Fig. 7A eine isolierende Schicht 51 mit einer Stärke von etwa 7000 Å (0,7 µm) gleichmäßig auf der Ober­ fläche des Substrates 12 mittels beispielsweise thermischer Oxidation gebildet. Sodann wird eine Widerstandsschicht 53 mittels Photo-Lithographie auf dem Licht-Empfangsabschnitt 52 ausgeformt und danach wird eine isolierende Schicht in dem Ab­ schnitt, in welchem eine Senke für die peripheren Schaltungen 54 vorgesehen ist, weggeätzt, so daß in diesem Bereich Verun­ reinigungen in Form von Akzeptoren, wie Bor, mit einer Konzen­ tration von etwa 10¹³ cm-3 deponiert werden können. Sodann wird eine n⁺-Drain-Schicht 17 für das Licht-Empfangselement auf der Rückseite des Substrates 12 ausgeformt und danach wird die Widerstandsschicht 53 für die Bildung der Senke entfernt und eine Vertiefung mit einer Stärke von etwa 5 µm wird gemäß Fig. 7B gebildet. Sodann wird eine isolierende Schicht entsprechend dem Abschnitt, an welchem die das Gate isolierende Schicht ge­ bildet werden soll, mittels Ätzung entfernt, nachdem eine Wider­ standsschicht 56 mittels Photo-Lithographie in den vom geätzten Abschnitt verschiedenen Abschnitten gebildet ist, so daß ein das Gate isolierender Film 15 mit einer Stärke von etwa 200-1000 A (0,02-0,1 µm) gemäß Fig. 7C gebildet ist.First, according to Fig. An insulating layer 51 having a thickness of about 7000 Å (0.7 microns) uniformly on the upper surface of the substrate formed 7A 12 by means of, for example, thermal oxidation. Then, a resistive layer 53 is formed on the light receiving section 52 by means of photo-lithography, and then an insulating layer in the section in which a sink is provided for the peripheral circuits 54 is etched away, so that impurities in the form in this area of acceptors, such as boron, can be deposited with a concentration of approximately 10 13 cm -3 . Then, an n⁺-drain layer 17 for the light receiving element is formed on the back of the substrate 12 and then the resistance layer 53 for the formation of the depression is removed and a depression with a thickness of about 5 μm is formed as shown in FIG. 7B . Then, an insulating layer corresponding to the portion at which the gate insulating layer is to be formed is removed by etching after a resistive layer 56 is formed by photolithography in the portions other than the etched portion, so that a gate insulating Film 15 is formed with a thickness of about 200-1000 A (0.02-0.1 microns) as shown in FIG. 7C.

Sodann wird entsprechend Fig. 7D eine Elektrodenschicht 57 mit einer Stärke von etwa 500-3000 Å (0,05-0,3 µm) zur Bildung der Gate-Elektrode ausgeformt und eine Widerstandsschicht 58, welche die Gate-Elektrode der MOSSIT im Licht-Empfangsbereich und der NMOSFET in den peripheren Schaltungen bildet, wird mit­ tels Photo-Lithographie auf der Elektrodenschicht 57 ausgeformt. Danach wird entsprechend Fig. 7E die Elektrodenschicht 57 selek­ tiv mittels Ätzung entfernt, um Gate-Elektroden 16 der MOSSIT und der NMOSFET zu bilden, wonach unter Verwendung der Gate- Elektroden 16 als Maske die n⁺-Source-Diffusionsschichten 13, die n⁺-Diffusionsschichten 19 für die Isolierung der MOSSIT, die n⁺-Source-Diffusionsschichten 59, und die n⁺-Drain-Diffu­ sionsschichten 60 der NMOSFET mittels Ionen-Injektion derart gebildet werden, daß Arsen oder Phosphor mit einer Konzentra­ tion von etwa 10¹⁵-10¹⁶ cm-3 in dem Substrat 12 deponiert wird.Then, as shown in FIG. 7D, an electrode layer 57 with a thickness of about 500-3000 Å (0.05-0.3 μm) is formed to form the gate electrode, and a resistance layer 58 which covers the gate electrode of the MOSSIT in the light Receiving area and the NMOSFET in the peripheral circuits is formed by means of photo-lithography on the electrode layer 57 . Thereafter, 7E, the electrode layer will accordingly. To gate electrodes to form selec tively removed by etching of 57 16 MOSSIT and the NMOSFET, after which, using the gate electrodes 16 as a mask, the n⁺-source diffusion layers 13, the n⁺ -Diffusion layers 19 for the isolation of the MOSSIT, the n⁺-source diffusion layers 59 , and the n⁺-drain diffusion layers 60 of the NMOSFET are formed by means of ion injection in such a way that arsenic or phosphorus with a concentration of approximately 10¹⁵- 10¹⁶ cm -3 is deposited in the substrate 12 .

Sodann wird die Widerstandsschicht 58, welche bei der Bildung der Gate-Elektrode benutzt worden ist, entfernt und die isolie­ rende Schicht 18 wird auf der Oberfläche der Gate-Elektrode 16 ausgeformt. Sodann wird entsprechend Fig. 7F eine Widerstands­ schicht 61 mittels Photo-Lithographie gebildet und in der Widerstandsschicht 61 werden Kontakt-Löcher 62 vorgesehen, um die Source-Elektroden, die Elektroden zur Isolierung der Licht- Empfangselemente, sowie der Source- und der Drain-Elektroden der NMOSFET zu bilden, welche die peripheren Schaltkreise dar­ stellen. Sodann wird die Widerstandsschicht 61, welche bei der Erzeugung der Kontakt-Löcher gedient hat, entfernt und die Source-Elektroden, die Elektroden für die Isolierung der Licht- Empfangselemente sowie die Source- und die Drain-Elektroden der NMOSFET der peripheren Schaltkreise werden ausgeformt. Sodann wird gemäß Fig. 7G mittels Photo-Lithographie die Widerstands­ schicht 63 geformt und eine Rest-Elektrodenschicht wird mittels Ätzung entfernt, so daß die Source-Elektroden 14 bzw. die Iso­ lationselektroden (nicht gezeigt) der Licht-Empfangselemente sowie die Source-Elektroden 64 und die Drain-Elektroden 65 der NMOSFET der peripheren Schaltungen gebildet werden. Danach wird die Widerstandsschicht 63 auf diesen Elektroden entsprechend Fig. 7H entfernt, so daß die Licht-Empfangselemente mit ihren MOSSIT und die peripheren Schaltungen mit ihren NMOSFET auf dem gleichen Substrat 12 gebildet sind. Then, the resistive layer 58 used in the formation of the gate electrode is removed and the insulating layer 18 is formed on the surface of the gate electrode 16 . Then 7F is corresponding to FIG. 61, a resistor layer formed by photo-lithography and in the resistive layer 61 contact holes 62 are provided to the source electrodes, the electrodes to isolate the light-receiving elements, as well as the source and drain Form electrodes of the NMOSFET, which represent the peripheral circuits. Then, the resistance layer 61 , which was used in the formation of the contact holes, is removed and the source electrodes, the electrodes for the isolation of the light receiving elements and the source and drain electrodes of the NMOSFET of the peripheral circuits are formed. Then, as shown in FIG. 7G, the resistance layer 63 is formed by means of photo-lithography and a residual electrode layer is removed by means of etching, so that the source electrodes 14 and the insulation electrodes (not shown) of the light-receiving elements and the source electrodes 64 and the drain electrodes 65 of the NMOSFET of the peripheral circuits are formed. Thereafter, the resistive layer 63 on these electrodes is removed as shown in FIG. 7H, so that the light receiving elements with their MOSSIT and the peripheral circuits with their NMOSFET are formed on the same substrate 12 .

Auf diese Weise lassen sich sowohl die Licht-Empfangselemente als auch die peripheren Schaltkreise auf dem gleichen Substrat ausbilden, wobei nur eine geringe Anzahl an Masken, etwa 5 oder 6, erforderlich sind, so daß die Herstellung relativ einfach und kostengünstig ist. Da sich eine sogenannte Selbst-Justierung durchführen läßt, sind die Produkte relativ klein und trotzdem präsize ausgeformt.In this way, both the light receiving elements as well as the peripheral circuits on the same substrate train, with only a small number of masks, about 5 or 6, are required, so that the production is relatively simple and is inexpensive. Because there is a so-called self-adjustment can be carried out, the products are relatively small and still precisely shaped.

Die Fig. 8A und 8B zeigen eine Draufsicht bzw. einen Schnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles eines Festkörper-Bildsen­ sors mit MOSSIT, welche jeweils ein Bildelement bilden. Ein MOSSIT 71 hat einen Doppelschicht-Aufbau derart, daß eine Epi­ taxieschicht 73 aus n--Eigen-Halbleitermaterial auf der Ober­ fläche des Substrates 72 ausgeformt ist. Weiterhin sind vorge­ sehen: eine kreisförmige n⁺-Source-Diffusionsschicht 74, welche in der Oberfläche der Epitaxieschicht 73 ausgebildet ist, eine Source-Elektrode 75, welche auf der Source-Diffusionsschicht 74 angeordnet ist, eine MOS-Gate-Anordnung mit einer das Gate iso­ lierenden Schicht 76, welche auf der Epitaxieschicht 73 angeord­ net ist, die die Source-Diffusionsschicht 74 umgibt, eine ring­ förmige Gate-Elektrode 77 aus Polysilikon, SnO₂, ITO oder der­ gleichen, und eine n⁺-Diffusionsschicht 78, welche sowohl als Drain als auch als Isolationsbereich dient. Weiterhin ist die Fläche der Gate-Elektrode 77 durch eine isolierende Schicht 79 abgedeckt. Die das Gate isolierende Schicht 76 ist gleichförmig auf der Oberfläche der Epitaxieschicht 73 verteilt mit Ausnahme des Abschnittes, welcher der Source-Diffusionsschicht 74 des betroffenen MOSSIT 71 entspricht. FIGS. 8A and 8B show a plan view and a sectional view of a second embodiment of a solid-Bildsen sors with MOSSIT which respectively form a pixel. A MOSSIT 71 has a double layer structure such that a taxi Epi e-coating 73 of n - -Eigen semiconductor material on the upper surface of the substrate is formed 72nd Also provided are: a circular n kreis-source diffusion layer 74 , which is formed in the surface of the epitaxial layer 73 , a source electrode 75 , which is arranged on the source diffusion layer 74 , a MOS gate arrangement with a Gate insulating layer 76 , which is arranged on the epitaxial layer 73 which surrounds the source diffusion layer 74 , a ring-shaped gate electrode 77 made of polysilicon, SnO₂, ITO or the like, and an n⁺ diffusion layer 78 , which both serves as a drain as well as an isolation area. Furthermore, the surface of the gate electrode 77 is covered by an insulating layer 79 . The gate insulating layer 76 is uniformly distributed on the surface of the epitaxial layer 73 with the exception of the portion which corresponds to the source diffusion layer 74 of the MOSSIT 71 concerned.

Bei dem in den Fig. 8A und 8B gezeigten MOSSIT 71 wird bei Ver­ wendung einer n--Epitaxieschicht 73 eine Konzentration und Stärke der Epitaxieschicht 73 von 10¹³ cm-3 bzw. 8 µm vorgese­ hen, während die Tiefen x j der Source-Diffusionsschicht 74 und der Drain- und Isolationsschicht 78 etwa gleiche Werte anneh­ men, nämlich unterhalb 0,2 µm. Der Durchmesser Φ₁ der Source- Diffusionsschicht 74 ist vorzugsweise kleiner als 1,0 µm, der Durchmesser Φ₂ der Gate-Elektrode 77 liegt im Bereich zwischen 2,0-6,0 µm und die Stärke der das Gate isolierenden Schicht 76 liegt im Bereich von 200-1000 Å (0,02-0,1 µm).In the MOSSIT 71 shown in FIGS . 8A and 8B, when using an n - epitaxial layer 73, a concentration and thickness of the epitaxial layer 73 of 10 13 cm -3 or 8 μm are provided, while the depths x j of the source diffusion layer 74 and the drain and insulation layer 78 assume approximately the same values, namely below 0.2 μm. The diameter Φ ₁ of the source diffusion layer 74 is preferably less than 1.0 microns, the diameter Φ ₂ of the gate electrode 77 is in the range between 2.0-6.0 microns and the thickness of the gate insulating layer 76 is Range of 200-1000 Å (0.02-0.1 µm).

Fig. 8C zeigt ein Ersatzschaltbild für das MOSSIT 71. Über den Gate-Anschluß 81 wird die Gate-Spannung V G an die Gate-Elektro­ de 77 angelegt und über den Source-Anschluß 82 wird die Source- Spannung V S an die Source-Elektrode 75 angelegt. Weiterhin wird die Drain-Spannung V D über den Drain-Anschluß 83 eingegeben, welcher seinerseits mit der Drain und der isolierenden Diffu­ sionsschicht 78 verbunden ist, während eine Substratspannung V SUB über den Substrat-Anschluß 84 an das Substrat 72 angelegt ist. Fig. 8C shows an equivalent circuit diagram for the MOSSIT 71st The gate voltage V G is applied to the gate electrode de 77 via the gate connection 81 and the source voltage V S is applied to the source electrode 75 via the source connection 82 . Furthermore, the drain voltage V D is input via the drain connection 83 , which in turn is connected to the drain and the insulating diffusion layer 78 , while a substrate voltage V SUB is applied via the substrate connection 84 to the substrate 72 .

Nachfolgend wird der Betrieb des MOSSIT 71 anhand der Fig. 9A bis 9D und 10A bis 10D erläutert. Die Fig. 9A-9D zeigen Puls­ formen der Substratspannung V SUB, der Gate-Spannung V G, der Drain-Spannung V D und der Source-Spannung V S, wobei auf der horizontalen Achse die Zeit und auf der vertikalen Achse die Spannung aufgetragen sind. Eine Licht-Empfangsperiode T des MOSSIT 71 setzt sich aus der Speicher-Zeitspanne T₁, der Aus­ lese-Zeitspanne T₂ und der Rücksetz-Zeitspanne T₃ zusammen. Während der Licht-Empfangsperiode T ist eine konstante Spannung V D 2 (<0) an den Drain-Anschluß 83 als Drain-Spannung V D ange­ legt und eine Spannung in Sperrichtung V SUB 1 (niedriger als das Masse-Potential) ist als Substratspannung V SUB an den Substrat­ anschluß 84 angelegt. Während der Speicher-Zeitspanne T₁ ist die Gate-Spannung V G auf eine Speicher-Gate-Spannung V G 1 (<0) und die Source-Spannung V S auf den Wert V S 2 (=V D 2) gesetzt, welcher der Drain-Spannung V D entspricht. Während der Auslese- Zeitspanne T₂ nimmt die Gate-Spannung V G den Wert V G 2 (V G 1<V G 2<0) an und die Source-Spannung V S wird auf das Masse- Potential V S 1 (<V S 2) gesetzt. Während der Rücksetz-Zeitspanne T₃ wird nur die Gate-Spannung V G auf den Rücksetz-Wert V G 3 (<0) gesetzt, während die Source-Spannung V S auf dem Wert des Masse- Potentials V S 1 gehalten wird. The operation of the MOSSIT 71 is explained below with reference to FIGS . 9A to 9D and 10A to 10D. FIGS. 9A-9D show pulse shape of the substrate voltage V SUB, the gate voltage V G, the drain voltage V D and source voltage V S, plotted on the horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage are. A light reception period T of the MOSSIT 71 is composed of the memory period T ₁, the read-out period T ₂ and the reset period T ₃ together. During the light reception period T , a constant voltage V D 2 (<0) is applied to the drain terminal 83 as the drain voltage V D and a reverse voltage V SUB 1 (lower than the ground potential) is the substrate voltage V SUB applied to the substrate terminal 84 . During the storage period T ₁, the gate voltage V G is set to a memory gate voltage V G 1 (<0) and the source voltage V S to the value V S 2 (= V D 2 ), which corresponds to the drain voltage V D. During the readout period T ₂, the gate voltage V G assumes the value V G 2 (V G 1 < V G 2 <0) and the source voltage V S is reduced to the ground potential V S 1 (< V S 2 ) set. During the reset period T ₃ only the gate voltage V G is set to the reset value V G 3 (<0), while the source voltage V S is kept at the value of the ground potential V S 1 .

Unmittelbar nach Durchführung der Rücksetzung wird gemäß Fig. 10A sich die Verarmungsschicht 91 von der Grenzfläche zwischen der das Gate isolierenden Schicht 76 und der Epitaxieschicht 73 weitgehend in das Substrat hinein erstrecken. Dieser Zustand wird aufrechterhalten, bis die Auslese-Zeitspanne T₂ beginnt, falls kein Licht auf die Gate-Elektrode 77 fällt. Fällt aber Licht auf die Gate-Elektrode 77, so werden Elektronen-Loch- Paare in der Verarmungsschicht und ihren Nachbarbereichen er­ zeugt und die auf diese Weise gebildeten Löcher 92 werden in der Oberfläche der Epitaxieschicht 73 unmittelbar unterhalb der das Gate isolierenden Schicht 76 gemäß Fig. 10B gespeichert, so daß die Ausdehnung der Verarmungsschicht 91 reduziert wird und dementsprechend die Potentialbarriere für die sich in vertika­ ler Richtung bewegenden Elektroden gemäß Fig. 10A gesenkt wird.Immediately after performing the reset, as shown in FIG. 10A, the depletion layer 91 will largely extend into the substrate from the interface between the gate insulating layer 76 and the epitaxial layer 73 . This state is maintained until the read-out period T 2 begins if no light falls on the gate electrode 77 . However, if light falls on the gate electrode 77 , electron-hole pairs are generated in the depletion layer and its neighboring regions and the holes 92 formed in this way are in the surface of the epitaxial layer 73 immediately below the gate insulating layer 76 according to FIG . 10B stored, so that the expansion of the depletion layer 91 is reduced and, accordingly, the potential barrier for the moving in the direction Vertika ler electrodes shown in FIG. 10A is lowered.

Wird die Gate-Spannung V G vom Wert V G 1 auf den Wert V G 2 nach Verstreichen der Speicher-Zeitspanne T₁ gemäß Fig. 10C erhöht, so wird die Potentialbarriere für die Elektronen durch den An­ stieg der Gate-Spannung V G wesentlich erniedrigt, so daß ein verstärkter Signal-Strom zwischen Source und Drain fließt. Es hat sich experimentell herausgestellt, daß dieser Signal-Strom etwa proportional der während der Speicher-Zeitspanne T₁ einge­ fallenen Lichtmenge ist.If the gate voltage V G is increased from the value V G 1 to the value V G 2 after the storage period T 1 has elapsed, as shown in FIG. 10C, the potential barrier for the electrons by the gate voltage V G rises significantly decreased so that an amplified signal current flows between the source and drain. It has been found experimentally that this signal current is approximately proportional to the amount of light falling during the storage period T 1.

Wird die Gate-Spannung V G vom Wert V G 2 auf den Wert V G 3 (<V S 1) nach Verstreichen der Auslese-Zeitspanne T₂ weiter erhöht, so werden die in der Oberfläche der Epitaxieschicht 73 unmittelbar unter der das Gate isolierenden Schicht 76 gespeicherten Löcher 92 teilweise über die Source-Diffusionsschicht 74 und die Source-Elektrode 75 und teilweise über das Substrat 72 abge­ führt. Danach wird die Gate-Spannung V G auf den Wert V G 1 ge­ setzt und die Source-Spannung V S nimmt den Wert V S 2 nach Ver­ streichen der Rücksetz-Zeitspanne T₃ an, so daß die nächste Licht-Empfangsperiode beginnen kann. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Bewegung der unmittelbar unter der das Gate isolieren­ den Schicht 76 gespeicherten Löcher 92 in benachbarte Bildele­ mente dadurch verhindert ist, daß eine hohe Potentialbarriere bezüglich der sich in Querrichtung (parallel zur Hauptebene) bewegenden Löcher besteht, welche durch die Drain und die iso­ lierende Diffusionsschicht 78 gebildet wird, an welche die Drain-Spannung V D angelegt ist, wobei das Substrat 72 aufgrund der Substrat-Spannung V SUB ein vorgegebenes Potential aufweist, welches noch durch eine Spannung in Sperrichtung verstärkt wer­ den kann.If the gate voltage V G is further increased from the value V G 2 to the value V G 3 (< V S 1 ) after the elapse of the readout period T ₂, then those in the surface of the epitaxial layer 73 immediately below that which isolates the gate Layer 76 stored holes 92 leads partially via the source diffusion layer 74 and the source electrode 75 and partially via the substrate 72 . Thereafter, the gate voltage V G is set to the value V G 1 ge and the source voltage V S assumes the value V S 2 after Ver the reset time period T ₃ so that the next light reception period can begin. It should be noted that the movement of the holes 92 stored directly beneath the layer 76 which isolates the gate into adjacent picture elements is prevented by the fact that a high potential barrier with respect to the holes moving in the transverse direction (parallel to the main plane) exists, which is caused by the Drain and the insulating diffusion layer 78 is formed, to which the drain voltage V D is applied, wherein the substrate 72 has a predetermined potential due to the substrate voltage V SUB , which can be amplified by a voltage in the reverse direction.

Da bei den vorstehend beschriebenen MOSSIT 71 die Löcher in tiefen Abschnitten der Epitaxieschicht 73 erzeugt werden und da die durch Licht oberhalb der Sättigungsgrenze erzeugten Löcher in das Substrat 72 abgeführt werden, können sogenannte Über­ strahlungen und Verschmierungen nicht auftreten.Since in the MOSSIT 71 described above, the holes are produced in deep sections of the epitaxial layer 73 and since the holes produced by light above the saturation limit are dissipated into the substrate 72 , so-called overexposure and smearing cannot occur.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Festkörper-Bild­ sensors sind entsprechend den Fig. 8A-8C m×n MOSSIT matrix­ förmig angeordnet und die Auslesung erfolgt mit einer der Fig. 5A entsprechenden Schaltungsanordnung. Auch bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel sind die Licht-Empfangselemente mit ihren MOSSIT und die peripheren Schaltungen auf dem gleichen Substrat ausge­ bildet.In a further exemplary embodiment of a solid-state image sensor, m × n MOSSIT are arranged in a matrix in accordance with FIGS . 8A-8C and the reading is carried out using a circuit arrangement corresponding to FIG. 5A. Also in this embodiment, the light receiving elements with their MOSSIT and the peripheral circuits are formed on the same substrate.

Die aufeinanderfolgenden Schritte zur Bildung der Licht-Em­ pfangselemente und der peripheren Schaltungen werden nachfol­ gend anhand der Fig. 11A-11J erläutert.The successive steps for forming the light receiving elements and the peripheral circuits are explained below with reference to FIGS . 11A-11J.

Zunächst wird entsprechend Fig. 11A eine Widerstandsschicht 102 auf der Oberfläche eines Licht-Empfangsabschnittes 101 des p-Substrates 72 ausgebildet und Donor-Verunreinigungen, wie Arsen oder Phosphor, werden in einem Bereich deponiert, in wel­ chem eine Senke periphere Schaltungen 103 vorgesehen ist. Dabei wird eine n⁺-Schicht 104 zur elektrischen Isolierung der Senke vom Substrat 72 gebildet. In diesem Falle beträgt die Konzentration der Donor-Verunreinigungen etwa 10¹⁶ bis 10¹⁷ cm-3, nachdem das Herstellungsverfahren abgeschlossen ist. First, Figure 11A is a resistor layer accordingly. Configured 102 on the surface of a light-receiving section 101 of the p-type substrate 72, and such as arsenic or phosphorus will be deposited in an area peripheral to wel chem a sink circuits is donor impurities, 103 is provided. An n layer 104 is formed for the electrical insulation of the depression from the substrate 72 . In this case, the concentration of the donor impurities is about 10¹⁶ to 10¹⁷ cm -3 after the manufacturing process is completed.

Sodann werden die isolierende Schicht, auf welcher die Donor- Verunreinigungen deponiert sind, und der auf dem Licht-Empfangs­ abschnitt 101 ausgebildete Widerstandsfilm 102 entfernt und eine n-- oder eine Epitaxieschicht 73 mit Eigenleitung wächst gemäß Fig. 11B.Then, the insulating layer on which the donor impurities are deposited, and on the light-receiving section 101 formed resistive film 102 is removed, and an n - - or an epitaxial layer 73 having intrinsic conductivity grows in accordance with Fig. 11B.

Sodann wird entsprechend Fig. 11C eine Feld-Isolationsschicht 105 mit einer Stärke von etwa 7000 Å (0,7 µm) gleichmäßig auf der Oberfläche der Epitaxieschicht 73 mittels thermischer Oxi­ dation erzeugt. Sodann wird die Widerstandsschicht 106 mittels Photo-Lithographie auf dem Licht-Empfangsabschnitt 105 ausge­ formt und danach wird eine isolierende Schicht entsprechend dem Abschnitt, in welchem eine Senke für die peripheren Schaltungen 104 gebildet werden soll, weggeätzt, so daß Verunreinigungen, beispielsweise Bor, mit einer Konzentration von etwa 10¹³ cm-3 in diesem Bereich deponiert werden können. Sodann wird die Widerstandsschicht 106 für die Bildung der Senke entfernt und eine p-Senke 107 mit einer Tiefe von etwa 5 µm wird gemäß Fig. 11D erzeugt. Sodann wird die isolierende Schicht auf dem Ab­ schnitt, auf welchem die das Gate isolierende Schicht gebildet werden soll, mittels Ätzung entfernt, nachdem die Widerstands­ schicht 108 mittels Photo-Lithographie in dem anderen Bereich ausgeformt ist und es wird die das Gate isolierende Schicht 76 mit einer Stärke von 200-1000 Å (0,02-0,1 µm) gemäß Fig. 11E ausgeformt.Then, as shown in FIG. 11C, a field insulation layer 105 having a thickness of about 7000 Å (0.7 μm) is uniformly formed on the surface of the epitaxial layer 73 by means of thermal oxidation. The resistive layer 106 is then formed on the light receiving section 105 by means of photo-lithography and then an insulating layer corresponding to the section in which a depression for the peripheral circuits 104 is to be formed is etched away, so that contaminants, for example boron, are also removed a concentration of about 10 13 cm -3 can be deposited in this area. The resistive layer 106 for the formation of the well is then removed and a p-well 107 with a depth of approximately 5 μm is produced as shown in FIG. 11D. Then, the insulating layer on the portion on which the gate insulating layer is to be formed is removed by etching after the resistance layer 108 is formed in the other area by means of photo-lithography, and the gate insulating layer 76 is also formed a thickness of 200-1000 Å (0.02-0.1 µm) as shown in Fig. 11E.

Sodann wird entsprechend Fig. 10F eine Elektrodenschicht 109 mit einer Stärke von etwa 500-3000 Å ausgeformt und eine Wider­ standsschicht 110 zur Bildung der Gate-Elektroden der MOSSIT der Licht-Empfangselemente und der NMOSFET der peripheren Schaltkreise wird mittels Photo-Lithographie auf der Elektroden­ schicht 109 ausgeformt. Sodann wird entsprechend Fig. 11G die Elektrodenschicht 109 mittels Ätzung entfernt, um die einzelnen Gate-Elektroden 77 der MOSSIT bzw. der NMOSFET zu bilden. Unter Verwendung der Gate-Elektroden 77 als Maske werden die n⁺-Source-Diffusionsschichten 74 sowie die n⁺-Drain-Schichten und isolierenden Diffusionsschichten 78 der MOSSIT und die n⁺- Source-Diffusionsschichten 111 sowie die n⁺-Drain-Diffusions­ schichten 112 der NMOSFET derart gebildet, daß Verunreinigungen, wie Arsen oder Phosphor, mittels Ionen-Injektion mit einer Kon­ zentration von etwa 10¹⁵-10¹⁶ cm-3 deponiert werden.Then, as shown in FIG. 10F, an electrode layer 109 is formed with a thickness of about 500-3000 Å, and a resistance layer 110 for forming the gate electrodes of the MOSSIT of the light receiving elements and the NMOSFET of the peripheral circuits is formed on the electrodes by means of photo-lithography layer 109 molded. Then, corresponding to FIG. 11G 109 removed by etching to form the electrode layer to the individual gate electrodes 77 of the NMOSFET and MOSSIT. Using the gate electrodes 77 as a mask, source diffusion layers 74 and the N + N + drain diffusion layers and insulating layers 78 of the MOSSIT and n⁺- source diffusion layers 111 and n⁺-type drain diffusion layers 112 of the NMOSFET formed such that impurities, such as arsenic or phosphorus, are deposited by ion injection with a concentration of about 10¹⁵-10¹⁶ cm -3 .

Sodann wird die Widerstandsschicht 110 zur Bildung der Gate- Elektroden entfernt und die isolierende Schicht 79 wird auf der Oberfläche der Gate-Elektrode 77 deponiert. Sodann wird ent­ sprechend Fig. 11H die Widerstandsschicht 113 mittels Photo- Lithographie ausgeformt und es werden Kontakt-Löcher 114 für die Erzeugung der Source-Elektroden sowie der Drain- und Isola­ tionselektroden der Licht-Empfangselemente und auch der Source- Elektroden und der Drain-Elektroden der NMOSFET der peripheren Schaltungen gebildet. Sodann wird der bei der Bildung der Kon­ taktlöcher benutzte Widerstandsfilm 113 entfernt und es wird eine Elektrodenschicht für die Bildung der Source-Elektrode und der Drain- und Isolationselektroden sowie der Source- und Drain-Elektroden der NMOSFET gebildet. Danach wird entsprechend Fig. 11I eine Widerstandsschicht 115 mittels Photo-Lithographie ausgeformt und Rest-Elektrodenschichten werden mittels Ätzung entfernt, um die Source-Elektroden 75 sowie die Drain- und Iso­ lationselektroden (nicht gezeigt) der Licht-Empfangselemente und auch die Source-Elektroden 116 und die Drain-Elektroden der NMOSFET der peripheren Schaltungen zu bilden. Sodann wird eine Widerstandsschicht 115 auf diesen Elektroden entfernt, um schließlich die MOSSIT und auch die peripheren Schaltungen mit den NMOSFET auf dem gleichen Substrat 72 entsprechend Fig. 11J zu bilden.The resistance layer 110 for forming the gate electrodes is then removed and the insulating layer 79 is deposited on the surface of the gate electrode 77 . Then, the resistive layer is accordingly FIG. 11H 113 formed by means of photo-lithography, and it will contact holes 114 for the generation of the source electrodes and the drain and Isola tion electrodes of the light-receiving elements and the source electrode and the drain Electrodes of the NMOSFET of the peripheral circuits are formed. Then, the resistance film 113 used in the formation of the contact holes is removed, and an electrode layer is formed for the formation of the source electrode and the drain and isolation electrodes as well as the source and drain electrodes of the NMOSFET. Thereafter shows a resistive layer accordingly. 11I formed 115 by means of photo-lithography and residual electrode layers are removed by etching (not shown) to the source electrodes 75 and drain and Iso lationselektroden the light-receiving elements and the source electrodes 116 and the drain electrodes of the NMOSFET to form the peripheral circuits. A resistive layer 115 on these electrodes is then removed to finally form the MOSSIT and also the peripheral circuits with the NMOSFET on the same substrate 72 as shown in FIG. 11J.

Auf diese Weise werden, wie auch beim zuvor beschriebenen Aus­ führungsbeispiel, sowohl das Licht-Empfangselement als auch die peripheren Schaltungen auf dem gleichen Substrat in einfacher und kostengünstiger Weise hergestellt, wobei nur eine geringe Anzahl von Masken, nämlich 5 oder 6 erforderlich sind. In this way, as with the previously described Aus example, both the light receiving element and the peripheral circuits on the same substrate in simpler and manufactured inexpensively, with only a small Number of masks, namely 5 or 6 are required.  

Bei dem in den Fig. 2A-2C gestellten MOSSIT 11 ist n--Halblei­ termaterial oder auch Eigen-Halbleitermaterial für das Substrat verwendet worden, doch können auch Halbleiter mit komplexeren Schicht-Anordnungen, wie beispielsweise n-/n⁺-, Eigen-Halblei­ ter/n⁺- p-/n⁺-Anordnungen Verwendung finden. Auch in diesen Fällen ist das Herstellungsverfahren nicht sehr aufwendig, da nur ein epitaktisches Wachstum zur Bildung der n--, Eigenlei­ tungs- oder p--Halbleiterschicht auf dem n⁺-Substrat den in den Fig. 7A-7H gezeigten Schritten hinzugefügt werden muß, wobei die Anzahl der zu verwendenden Masken ebenfalls 5 oder 6 be­ trägt. Werden Halbleiter mit komplizierterem Schichtaufbau ver­ wendet, so kann der parasitäre Drain-Widerstand im Vergleich mit dem MOSSIT 11 der Fig. 2A-2C gesenkt werden und die Isola­ tion zwischen den Bildelementen bezüglich der Löcher läßt sich zuverlässig durchführen. Da weiterhin die Länge der Potential­ barriere entsprechend der Stärke der Epitaxieschicht steuerbar ist, eröffnen sich mehr Möglichkeiten beim Herstellungsverfah­ ren und bei der Konstruktion des Aufbaues des Festkörper-Bild­ sensors. Sowohl bei dem vorstehend beschriebenen, modifizierten Ausführungsbeispiel, wie auch bei den anhand der Fig. 2-7 er­ läuterten Ausführungsbeispielen kann die Isolation auch durch eine isolierende Ausnehmung anstelle der n⁺-Diffusionsschicht erzeugt werden. Bei den in den Fig. 8A-8C gezeigten MOSSIT 71 ist ein p-Substrat 72 verwendet, doch ist es auch möglich, ein isolierendes Substrat stattdessen zu verwenden. Bei den Ausfüh­ rungsbeispielen sind n-Kanalanordnungen vorgesehen, doch können auch p-Kanäle stattdessen verwendet werden. In diesem Falle kehren sich die Polaritäten der angelegten Spannungen um. Bei einem Festkörper-Bildsensor mit Source-Drain-Auswahl gemäß Fig. 5A kann die Gate-Spannung V Φ G während der Auslese-Zeitspanne gemäß den Fig. 6A-6C den gleichen Pegel annehmen wie während der Speicher-Zeitspanne. Da weiterhin Licht-Ladungsträger auch ohne die Umkehrungs-Auswahltransistoren 45-1 bis 45- n gespei­ chert werden können, können diese Umkehrungs-Auswahltransisto­ ren auch weggelassen werden. Auch sind die erfindungsgemäßen Festkörper-Bildsensoren nicht auf die gezeigte Source-Gate-Aus­ wahl beschränkt, vielmehr kann zur Ableitung des Video-Signals bei der Raster-Abtastung auch eine Drain-Gate-Auswahl oder eine Source-Drain-Auswahl vorgesehen werden.In the MOSSIT 11 shown in FIGS . 2A-2C, n - semiconductor material or self-semiconductor material has been used for the substrate, but semiconductors with more complex layer arrangements, such as n - / n⁺-, self- Semiconductors ter / n⁺- p - / n⁺ arrangements are used. Even in these cases, the manufacturing process is not very complex, since only an epitaxial growth to form the n - , Eigenlei line or p - semiconductor layer on the n⁺ substrate has to be added to the steps shown in FIGS . 7A-7H , the number of masks to be used also 5 or 6 be. If semiconductors with a more complicated layer structure are used, the parasitic drain resistance can be reduced in comparison with the MOSSIT 11 of FIGS . 2A-2C and the isolation between the picture elements with respect to the holes can be carried out reliably. Since the length of the potential barrier can also be controlled in accordance with the thickness of the epitaxial layer, more possibilities open up in the manufacturing process and in the construction of the structure of the solid-state image sensor. Both in the modified exemplary embodiment described above and in the exemplary embodiments explained with reference to FIGS . 2-7, the insulation can also be produced by an insulating recess instead of the n⁺ diffusion layer. A p-type substrate 72 is used in the MOSSIT 71 shown in FIGS . 8A-8C, but it is also possible to use an insulating substrate instead. In the exemplary embodiments, n-channel arrangements are provided, but p-channels can also be used instead. In this case, the polarities of the applied voltages are reversed. In the case of a solid-state image sensor with source-drain selection according to FIG. 5A, the gate voltage V Φ G during the readout period according to FIGS. 6A-6C can assume the same level as during the storage period. Since light charge carriers can also be stored without the reverse selection transistors 45-1 to 45- n , these reverse selection transistors can also be omitted. Also, the solid-state image sensors according to the invention are not limited to the source-gate selection shown, rather a drain-gate selection or a source-drain selection can also be provided to derive the video signal during the raster scanning.

Claims (17)

1. Festkörper-Bildsensor mit einer Vielzahl von matrixför­ mig auf einem Halbleiter-Substrat (12; 72) angeordneten, voneinander isolierten Bildelementen, welche jeweils einen statischen Induktionstransistor (11;71) aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Oberfläche des Halbleitersubstrates das Gate (16; 77) des statischen Induktionstransistors (11; 71) mittels einer isolierenden Schicht (15, 76) isoliert ausgeformt ist, daß zur Isolierung der Bildelemente voneinander eine Diffusions­ schicht (19; 78) in der Oberfläche des Halbleitersubstrates (12; 72) ausgebildet ist und
daß zur Erzeugung einer Potentialbarriere in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Halbleitersubstrates (12; 72) eine Verar­ mungszone (31; 91) im Halbleitersubstrat vorgesehen ist.
1. Solid-state image sensor with a plurality of matrix-shaped, on a semiconductor substrate ( 12; 72 ) arranged, isolated image elements, each having a static induction transistor ( 11; 71 ), characterized in that
that on the surface of the semiconductor substrate, the gate ( 16; 77 ) of the static induction transistor ( 11; 71 ) is formed in an insulated manner by means of an insulating layer ( 15, 76 ) that a diffusion layer ( 19; 78 ) in order to isolate the picture elements from one another Surface of the semiconductor substrate ( 12; 72 ) is formed and
that for generating a potential barrier in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate ( 12; 72 ) a processing zone ( 31; 91 ) is provided in the semiconductor substrate.
2. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder statische Induktionstransistor (11) einen ersten Haupt-Elektrodenbereich (14) eines bestimmten Leitfähigkeitstyps aufweist, der in der Oberfläche des Halbleiter-Substrates (12) ausgeformt ist, wobei die das Gate isolierende Schicht (15), welche in der Oberfläche des Halbleiter-Substrates (12) ausge­ formt ist und den Haupt-Elektrodenbereich (14) umfängt, und die Gate-Elektrode (16) auf der das Gate isolierenden Schicht (15) ausgebildet ist. 2. Solid-state image sensor according to claim 1, characterized in that each static induction transistor ( 11 ) has a first main electrode region ( 14 ) of a certain conductivity type, which is formed in the surface of the semiconductor substrate ( 12 ), which is the gate insulating layer ( 15 ) which is formed in the surface of the semiconductor substrate ( 12 ) and encompasses the main electrode region ( 14 ), and the gate electrode ( 16 ) on which the gate insulating layer ( 15 ) is formed. 3. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Induktionsstransistor (11) einen zweiten Haupt-Elektrodenbereich (17) aufweist, der auf der anderen Oberfläche des Halbleiter-Substrates (12) ausgeformt ist.3. Solid-state image sensor according to claim 2, characterized in that the static induction transistor ( 11 ) has a second main electrode region ( 17 ) which is formed on the other surface of the semiconductor substrate ( 12 ). 4. Festkörper-Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Substrat (12) vom n--Leitfähigkeitstyps ist.4. Solid-state image sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor substrate ( 12 ) is of the n - conductivity type. 5. Festkörper-Bildsensor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Substrat (12) Eigenleitung aufweist.5. Solid-state image sensor according to one of claims 1-3, characterized in that the semiconductor substrate ( 12 ) has intrinsic conduction. 6. Festkörper-Bildsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Diffusionsschicht (19) um die das Gate isolierende Schicht (15) angeordnet ist.6. Solid-state image sensor according to one of claims 2 to 5, characterized in that the insulating diffusion layer ( 19 ) is arranged around the gate insulating layer ( 15 ). 7. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Induktionstransistor (71) einen weiteren Haupt-Elektrodenbereich (73) eines bestimmten Leitfähigkeits­ types aufweist, welcher im Halbleiter-Substrat (72) ausgeformt ist und die das Gate isolierende Schicht (76) umgibt.7. Solid-state image sensor according to claim 2, characterized in that the static induction transistor ( 71 ) has a further main electrode region ( 73 ) of a certain conductivity type, which is formed in the semiconductor substrate ( 72 ) and the gate insulating layer ( 76 ) surrounds. 8. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Substrat (72) eine erste Halbleiter-Schicht (74) und eine zweite Halbleiter-Schicht (73) eines bestimmten Leitfähigkeitstypes aufweist, welche auf die erste Halbleiter­ schicht (74) aufgetragen ist.8. Solid-state image sensor according to claim 7, characterized in that the semiconductor substrate ( 72 ) has a first semiconductor layer ( 74 ) and a second semiconductor layer ( 73 ) of a certain conductivity type, which layer on the first semiconductor ( 74 ) is applied. 9. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Halbleiterschichten (74 bzw. 73) n⁺- bzw. n--Leitfähigkeit aufweisen. 9. Solid-state image sensor according to claim 8, characterized in that the first and second semiconductor layers ( 74 and 73 ) have n⁺ or n - conductivity. 10. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Halbleiterschichten (74 bzw. 73) n⁺- bzw. Eigenleitfähigkeit aufweisen.10. Solid-state image sensor according to claim 8, characterized in that the first and second semiconductor layers ( 74 and 73 ) have n⁺ or intrinsic conductivity. 11. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Halbleiterschichten (74 bzw. 73) n⁺- bzw. p--Leitfähigkeit aufweisen.11. Solid-state image sensor according to claim 8, characterized in that the first and second semiconductor layers ( 74 and 73 ) have n⁺ or p - conductivity. 12. Festkörper-Bildsensor nach einem der Ansprüche 2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die das Gate isolierende Schicht (15, 76) durch ein Oxid des das Halbleiter-Substrat bildenden Materials gebildet ist.12. Solid-state image sensor according to one of claims 2 or 7, characterized in that the gate insulating layer ( 15, 76 ) is formed by an oxide of the material forming the semiconductor substrate. 13. Festkörper-Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Elektrode (16, 77) aus Polysilikon, SnO₂ oder ITO gebildet ist.13. Solid-state image sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the gate electrode ( 16, 77 ) is formed from polysilicon, SnO₂ or ITO. 14. Festkörper-Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Induktionstransistor (11, 71) eine isolieren­ de Schicht (18, 79) aufweist, welche die Gate-Elektrode (16, 77) abdeckt.14. Solid-state image sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the static induction transistor ( 11, 71 ) has an insulating layer ( 18, 79 ) which covers the gate electrode ( 16, 77 ). 15. Festkörper-Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß periphere Schaltungen (103) einschließlich MOSFET vorgesehen sind, welche auf dem gleichen Halbleiter-Substrat (72) ausge­ formt sind. 15. Solid-state image sensor according to one of the preceding claims, characterized in that peripheral circuits ( 103 ) including MOSFET are provided, which are formed on the same semiconductor substrate ( 72 ). 16. Verfahren zum Herstellen eines Festkörper-Bildsensors nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Elektrodenbereich in der Oberfläche des Halb­ leiter-Substrates (12) ausgeformt wird und daß die das Gate isolierende Schicht (76) als Maske bei der Herstellung benutzt wird.16. A method for producing a solid-state image sensor according to one of claims 2 to 15, characterized in that the first electrode region is formed in the surface of the semiconductor substrate ( 12 ) and that the gate insulating layer ( 76 ) as a mask the manufacturing is used. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Gate-Elektroden (77) als Maske bei der Herstellung der iso­ lierenden Diffusionsschicht (78) verwendet werden.17. The method according to claim 16, characterized in that gate electrodes ( 77 ) are used as a mask in the manufacture of the insulating diffusion layer ( 78 ).
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